Search

KR-20260062055-A - MONOCRYSTAL GROWTH METHOD, CONTROL DEVICE AND MONOCRYSTAL GROWTH DEVICE

KR20260062055AKR 20260062055 AKR20260062055 AKR 20260062055AKR-20260062055-A

Abstract

본 출원은 단결정 성장 방법, 제어 장치 및 단결정 성장 장치를 제공한다. 상기 단결정 성장 방법은: 성장로의 도가니에 실리콘 재료를 공급하고, 도가니를 가열하여 실리콘 재료를 용융시켜 용융물을 형성하며, 시드 크리스털을 용융물에 침지하고, 이를 회전시키면서 상향으로 현재 인발 속도로 인출하여, 시드 크리스털의 하단에서 용융물이 결정화되어 결정 잉곳이 형성되도록 하는 단계를 포함한다. 현재 인발 속도는 도가니의 현재 실제 위치와 목표 위치 간의 편차를 기준으로 미리 설정된 인발 속도를 보정하여 산정되며, 이로써 인발 속도(v)와 온도 구배(g)의 비율을 제어할 수 있다. 이에 따라 v/g 비율을 일정하게 유지함으로써, 결함을 줄이고 결정 품질을 향상시킬 수 있다.

Inventors

  • 자오 얀
  • 펑 루이차오
  • 김광훈

Assignees

  • 징 세미콘덕터 코포레이션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20251024
Priority Date
20241028

Claims (10)

  1. 성장로의 도가니에 실리콘 재료를 공급하는 단계, 도가니를 가열하여 실리콘 재료를 용융시켜 용융물을 형성하는 단계, 시드 결정을 용융물에 침지하는 단계, 및 시드 결정을 현재 인발 속도로 상향 인발하여 시드 결정 하단에서 용융물을 결정화시켜 결정 잉곳을 형성하는 단계를 포함하며, 현재 인발 속도는 도가니의 현재 실제 위치와 현재 목표 위치 간의 편차를 기반으로 미리 정해진 인발 속도를 보정하여 얻어지며, 도가니의 현재 인발 속도와 온도 구배의 비율을 제어하기 위한, 단결정 성장 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 보정 단계는 등경 성장 중 현재 등경 길이를 기준으로 도가니 리프팅 거리와 등경 길이 간의 비례 관계 곡선으로부터 대응하는 제1 비례 계수를 구하는 단계, 편차 및 제1 비례 계수를 기반으로 도가니의 미리 정해진 인발 속도에 대한 보정값을 구하는 단계, 및 보정값을 기반으로 미리 정해진 인발 속도를 보정하여 도가니의 현재 인발 속도를 얻는 단계를 포함하는, 단결정 성장 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 보정 단계 전에 도가니 리프팅 거리와 등경 길이 사이의 대응 곡선을 구하는 단계, 및 현재 등경 길이를 기반으로 상기 대응 곡선으로부터 도가니의 현재 목표 위치를 구하는 단계를 더 포함하는, 단결정 성장 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 대응 곡선을 구하기 전에 결정의 목표 어깨 무게, 목표 등경 직경 및 목표 등경 길이, 그리고 도가니의 실제 크기에 기초하여 목표 도가니 리프팅 거리를 획득하는 단계, 및 서로 다른 목표 등경 길이에 대응하는 목표 도가니 리프팅 거리를 기반으로 상기 대응 곡선을 생성하는 단계를 더 포함하는, 단결정 성장 방법.
  5. 제 2항에 있어서, 결정의 목표 어깨 무게, 목표 등경 직경, 목표 등경 길이 및 도가니의 실제 크기를 기반으로 목표 도가니 리프팅 거리를 구하는 단계; 목표 도가니 리프팅 거리와 목표 등경 길이 간의 비율을 구하는 단계; 및 서로 다른 목표 등경 길이에 대응하는 비율을 기반으로 대응 곡선을 생성하는 단계를 더욱 포함하는, 단결정 성장 방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 목표 도가니 리프팅 거리 획득 단계는: 목표 어깨 무게, 목표 등경 직경 및 목표 등경 길이를 기반으로 목표 결정 무게를 구하는 단계; 및 도가니의 실제 크기와 상기 목표 결정 무게를 기반으로 목표 도가니 리프팅 거리를 구하는 단계를 포함하는, 단결정 성장 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 실리콘 재료 공급 단계는: 실리콘 재료를 도가니에 넣는 단계, 성장로를 폐쇄하고 진공 상태로 만드는 단계, 및 아르곤을 포함하는 보호 가스를 성장로에 공급하는 단계를 포함하는, 단결정 성장 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 도가니 가열 단계는 1420℃ 이상의 온도에서 수행되는, 단결정 성장 방법.
  9. 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 메모리; 및 컴퓨터 프로그램을 실행하여 제어 장치가 제 1항의 단결정 성장 방법을 수행하도록 하는 프로세서를 포함하는, 제어 장치.
  10. 실리콘 재료를 용융하고 결정화하여 단결정 잉곳을 얻기 위한 성장로; 및 제 1항에 따른 단결정 성장 방법에 따라 성장 중 시드 결정의 인발 속도를 제어하는 제어 장치를 포함하는, 단결정 성장 장치.

Description

단결정 성장 방법, 제어 장치 및 단결정 성장 장치{MONOCRYSTAL GROWTH METHOD, CONTROL DEVICE AND MONOCRYSTAL GROWTH DEVICE} 본 발명은 반도체 제조 기술 분야, 특히 단결정 성장 방법, 제어 장치 및 단결정 성장 장치에 관한 것이다. 초크랄스키법은 단결정 성장을 위한 종래의 방법이다. 이 공정에서는 흑연 저항 히터를 사용하는 직선형 원통형 성장로 내의 고순도 석영 도가니에서 다결정 실리콘이 용융된다. 그런 다음 시드 결정이 용융 표면에 삽입되어 동시에 회전되고, 도가니는 역방향으로 회전된다. 시드 결정은 서서히 위로 당겨지며, 시딩, 숄더링, 크라우닝, 본체 성장(등경 성장), 테일링 단계를 거쳐 최종적으로 원하는 직경과 길이의 결정 잉곳으로 성장한다. 등경 성장 동안, 결정 성장의 인출 속도("V")와 결정 용융계면의 수직 온도 구배("G")는 결함 형성에 중요한 요소이다. 보론코프(Voronkov)의 V/G 이론에 따르면, V/G 값이 너무 크거나 너무 작으면 점결함이 쉽게 발생한다. V/G 값이 클수록 공석(vacancies)과 같은 과도한 점결함이 발생하며, 이는 8면체 구멍 결함(D-defect)의 원인이 된다. 반면 V/G 값이 작을수록 점결함으로서 자체 삽입 원자(self-interstitial atoms)가 발생하며, 이는 전위 고리(A-swirl) 및 클러스터(B-swirl)의 원인이 된다. 반도체의 발전에 따라 단결정 품질에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다. 결함이 없는 단결정을 얻기 위해서는 V/G 값을 매우 좁은 범위 내에서 제어해야 한다. V는 장비에 의해 정밀하게 제어될 수 있지만, G는 다양한 요인의 영향을 받는다. 중요한 요인 중 하나는 같은 등경 길이에서 흑연 도가니와 히터의 상대적 위치이다. 상대적 위치의 차이는 어깨 형상, 석영 도가니의 크기, 잉곳 직경 등에 의해 발생할 수 있으며, 이로 인해 G 값이 변화하게 된다. 이러한 이유로 더 많은 결정 결함이 형성되고, 결정 품질이 저하된다. 따라서 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 단결정 성장 방법이 여전히 필요하다 도 1은 본 출원의 하나의 실시예에 따라, 결정 성장로의 구조를 도시한 도면이다. 도 2는 본 출원의 하나의 실시예에 따라 단결정 성장 방법의 흐름도를 도시한 도면이다. 도 3은 본 출원의 하나의 실시예에 따라 도가니 상승 거리와 등경 길이 간의 대응 곡선을 도시한 도면이다. 도 4는 본 출원의 하나의 실시예에 따라 등경 성장 중 도가니의 현재 위치와 목표 위치 간의 곡선을 도시한 도면이다. 도 5는 본 출원의 하나의 실시예에 따라 등경 성장 중 도가니 위치의 편차 곡선을 도시한 도면이다. 도 6은 본 출원의 하나의 실시예에 따라 제어 장치의 구조를 도시한 도면이다. 도 7은 본 출원의 하나의 실시예에 따라 단결정 성장 장치의 구조를 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다. 본 발명은 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 공개된 실시예들이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이들 실시예는 완전하고 포괄적인 공개를 달성하고, 당업자가 본 발명의 범위를 충분히 이해할 수 있도록 제공된다. 도면에서는 명확성을 위해 층 및 영역의 크기 및 상대적 크기가 과장될 수 있다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다. 구성요소 또는 층이 다른 구성요소 또는 층에 "위에 위치한다", "결합된다", "연결된다" 또는 "접속된다"고 언급되는 경우, 이는 해당 구성요소 또는 층에 직접 위치하거나 결합되거나 연결되거나 접속될 수도 있고, 그 사이에 다른 구성요소 또는 층이 존재할 수도 있다. 반면, 구성요소가 다른 구성요소 또는 층에 "직접 위에", "직접 결합되어", "직접 연결되어" 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급되는 경우, 중간에 다른 구성요소나 층이 존재하지 않아야 한다. 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 용어들도 이와 유사한 방식으로 해석되어야 한다(예: "사이에" 대 "직접 사이에", "인접" 대 "직접 인접" 등). 본 명세서에서 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 항목들 중 하나 이상을 포함하는 모든 조합을 의미한다. "내부", "외부", "아래", "하부", "상부", "위" 등과 같은 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 바와 같이, 하나의 구성요소 또는 특징이 다른 구성요소(들) 또는 특징(들)과 갖는 관계를 설명하기 위한 설명의 편의를 위해 사용될 수 있다. 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 방향뿐만 아니라, 사용 중 또는 작동 중의 장치의 다양한 방향을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 장치가 뒤집히는 경우, 다른 구성요소나 특징보다 "아래" 또는 "밑"에 있는 것으로 설명된 구성요소는 "위"에 배치되게 된다. 따라서, "아래"라는 용어는 위 방향 및 아래 방향 모두를 포함할 수 있다. 장치는 90도 회전되거나 다른 방향으로 배치될 수 있으며, 본 명세서에서 사용된 공간적 상대 용어는 이러한 점을 고려하여 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 예시적 실시예를 설명하기 위한 목적으로만 사용되었으며, 그 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수형 표현인 "a", "an", "the"는 문맥상 명확히 달리 정의되지 않는 한 복수형을 포함하는 것으로 해석될 수 있다. "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "가진(having)" 등의 용어는 포괄적인 의미를 가지며, 명시된 특징, 수, 단계, 동작, 구성요소 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 수, 단계, 동작, 구성요소 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에 기재된 방법 단계, 공정 및 동작은 수행 순서가 명시적으로 지정되지 않는 한, 기재된 순서로 반드시 수행되어야 한다고 해석되어서는 안 된다. 또한, 추가적인 단계 또는 대체적인 단계가 사용될 수 있음도 이해되어야 한다. 본 명세서에 설명된 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예(및 중간 구조물)의 개략적인 단면도를 참조하여 설명된다. 따라서, 예를 들어 제조 기술 및/또는 공차로 인한 형상 변화가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 특정한 영역 형상에 한정되어서는 안 되며, 예를 들어 제조에 의해 발생할 수 있는 형상 편차를 포함해야 한다. 예를 들어, 직사각형 이식 영역은 일반적으로 모서리에 둥글거나 곡선 형태의 특징을 가지며, 이식 영역과 비이식 영역 간의 이진적 변화보다는 이식 농도 구배를 가진다. 마찬가지로, 이식에 의해 형성된 매립 영역은 주입이 통과하는 표면을 통해 매립 영역과 주입 시간 사이의 영역을 생성할 수 있다. 따라서 도면에 도시된 영역은 본질적으로 개략적인 것이며, 그 형상은 디스플레이 장치의 실제 영역을 형성하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것도 아니다. 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어(기술적 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어 등은 관련 기술 분야 및/또는 본 명세서의 문맥에서 가지는 의미와 동일하게 이해되어야 하며, 본 명세서에서 명시적으로 그러한 의미로 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 현재 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 공정은 주로 시딩, 숄더링, 크라우닝, 본체 성장(등경 성장), 테일링 등의 단계를 포함하는 초크랄스키 공정이다. 보론코프의 V/G 이론은 결정 성장 및 결함의 동역학을 설명한다. 그러나 숄더링 형상, 석영 도가니의 크기 및 잉곳 직경으로 인해 동일한 등경 성장 단계에서 흑연 도가니와 히터 사이의 상대적 위치가 달라지며, 이로 인해 G 값이 변화한다. 이로 인해 얻어진 단결정 잉곳은 더 많은 결함을 가지며, 결정 품질이 저하된다. 상기 문제점을 해결하기 위해, 본 출원은 단결정 품질을 향상시킬 수 있는 단결정 성장 방법, 제어 장치 및 단결정 성장 장치를 제공한다. 본 발명을 충분히 이해하기 위해, 본 발명의 기술적 해결책을 설명하기 위한 상세한 단계들이 이하의 설명에서 자세히 기술될 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 다음에서 상세히 설명되지만, 본 발명은 이러한 상세한 설명에 한정되지 않고, 다른 실시예들을 포함할 수도 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 출원에 따른 단결정 성장 방법의 일부 실시예가 설명된다. 도 1은 본 출원의 하나의 실시예에 따른 결정 성장로의 구조를 도시한 도면이다. 결정 성장로는 초크랄스키 공정을 이용하여 단결정 실리콘을 성장시키는 데 적용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 성장로는 가열 장치 및 인발 장치를 포함하는 로 본체(101)를 포함한다. 가열 장치는 석영 도가니(102), 흑연 도가니(103), 히터(104)를 포함한다. 석영 도가니(102)는 다결정 실리콘과 같은 실리콘 재료를 수용하며, 이는 가열되어 실리콘 용융물(105)을 형성한다. 흑연 도가니(103)는 가열 과정 중 석영 도가니(102)를 지지하기 위해 외부에서 감싼다. 히터(104)는 흑연 도가니(103)의 외측에 배치된다. 석영 도가니(102)의 상부에는 열 차폐판이 배치되며, 이는 반사판(106)을 포함한다. 반사판(106)은 단결정 실리콘 잉곳(107)의 성장 영역을 둘러싸도록 아래 방향으로 연장된 역 테이퍼형 스크린을 가지며, 히터(104)와 고온의 실리콘 용융물(105)로부터 발생하는 직접적인 열 복사가 성장 중인 잉곳(107)에 도달하는 것을 차단하여, 잉곳의 온도를 낮출 수 있다. 또한 열 차폐판은 보호 가스를 성장 계면으로 유입시켜, 단결정 실리콘 잉곳(107)의 열 방출을 더욱 향상시킨다. 로 본체(101)는 측벽에 탄소 펠트와 같은 단열재를 포함한다. 인발 장치는 수직으로 배치된 시드 결정 샤프트(108) 및 도가니 샤프트(109)를 포함한다. 시드 결정 샤프트(108)는 석영 도가니(102) 위에 배치되며, 그 하단에는 고정부를 통해 시드 결정이